光场技术可以将图像加密从二维提升到三维, 加强加密的安全性。采用重聚焦算法实现图像解密时会引入图像间的干扰。以深度学习技术为框架, 分析图像干扰的规律性, 构造模拟光场数据集, 创建了一个 7层的全卷积神经网络, 以模拟光场数据集作为输入, 原图作为标签, 训练一个全卷积神经网络, 将真实光场解密图像输入得到结果。实验结果表明, 利用全卷积神经网络可以有效改善光场解密图像的干扰问题, 改善解密后的图像质量。

针对数字图像在处理过程中容易产生模糊的现象, 提出了基于无参考图像质量评价的自适应反卷积去模糊算法。首先, 根据无参考图像质量评价结果与其失真等级的强相关性, 通过计算模糊图像的无参考评价参数确定图像的模糊等级, 进而根据图像模糊等级与模糊核的对应关系确定反卷积核; 其次, 提出将失真图像颜色空间转变到 YUV, 仅对失真图像 Y通道进行去模糊处理, 保证了彩色图像处理前后颜色的忠实性, 并提高算法运算效率; 最后, 针对图像灰度剧烈变化的邻域出现类吉布斯(Gibbs)振荡分布的现象, 提出基于梯度的权重矩阵进行控制。实验结果表明, 本文提出的算法在 Tid2008图库不仅能够对图像模糊进行快速有效去除, 并且恢复图像的纹理细节能够得到有效保留。

太阳能电池(photovoltaic, PV)长时间暴露在阳光下会使其表面温度迅速升高, 从而降低其输出电压。为降低太阳能电池板的表面温度, 对太阳能电池板背面装载的热电制冷器(thermoelectric cooler, TEC)进行了研究, 测试其在不同室温下对太阳能电池板输出性能的影响。研究表明: 当不含 TEC且环境温度分别为 26 ℃、 29 ℃、 33 ℃时, 太阳能电池板的实验最大输出电压分别是 2.32 V、2.25 V、2.20 V; 加载 TEC之后, 在上述环境温度下太阳能电池板的最大输出电压分别为 2.54 V、2.59 V、2.47 V, 输出电压分别增加 9.4%、15.1%、12.3%。因此在太阳能电池板中加载热电制冷器既可以增大输出电压, 又可以避免因温度升高而降低太阳能电池板的寿命。

利用 Zemax光学设计软件设计了一款适用于家用小型汽车前照远光灯的汽车反光杯。针对国标 GB 7258—2017《机动车运行安全技术条件》性能要求, 对普通的汽车反光杯采取结构改良等优化措施, 使其二次配光效果更好, 中央光斑进一步集中, 视觉效果更加柔和。仿真结果表明: 系统有效作用距离为 150 m, 10 m处中央光斑平均光照强度为 4 552 lx, 出光角为.10°～+10°。各项主要性能指标均达到国家最新标准, 在不增加工业生产成本的前提下, 具有适应未来批量 3D打印生产模式的潜力。

针对目前许多图像重构算法存在重构出来的图像不清晰、分辨率低等问题, 提出了一种基于编码. 解码对称神经网络的高分辨率图像重构算法。首先将图像进行压缩获取低分辨率图像, 然后将低分辨率图像作为输入图像经过编码. 解码对称神经网络, 并利用其中的卷积神经网络进行编码得到特征图像, 最后再利用反卷积神经网络进行解码实现图像的细节恢复。实验结果表明, 经过基于编码. 解码对称神经网络重构出来的图像比之前的低分辨率图像更加清晰, 图像的分辨率得到了提高。

相位恢复算法一直存在着精确度不高, 收敛速度慢甚至停滞不前等问题。将基于光强传输方程 (TIE)法与 G-S迭代算法混合提高了相位恢复的精确度, 梯度算法的提出加大了迭代步长, 使得收敛速度加快。采用 GS-TIE算法和振幅加成梯度算法分别从仿真和实验的角度去比较分析恢复的效果。通过对二维图像仿真得出, 振幅加成梯度算法在收敛速度上是 GS-TIE迭代算法的 3倍, 精确度是 GS-TIE迭代算法的 10倍。从实验结果得知, GS-TIE恢复的相位清晰可见, 轮廓明显, 在边缘处过度均匀, 而振幅加成梯度算法相对比较模糊, 在轮廓边缘处过度不均匀, 悬差较大。

为了研究具有精细结构的圆对称爱里光束的传输特性, 通过减小与光斑宽度相关的参数 w, 使初始光场具有与波长相近的精细结构。在此特定情况下, 用瑞利. 索末菲衍射理论对圆对称爱里光束的传输特性进行数值计算。研究结果表明: 随着参数 w的减小, 圆对称爱里光束的精细结构增加, 使得代表高频成分的离轴光场影响逐渐增大并参与聚焦行为, 焦点光强峰值增大, 焦点主光斑的半高全宽减小, 突然自聚焦能力得到显著提升; 当 w减小到某一阈值后, 由于持续增加的高频分量进入到倏逝波, 焦点光强峰值减小, 焦点主光斑的半高全宽增大, 突然自聚焦性能下降。

为了实现更为高效、准确的光纤端面自动对焦, 对现有图像的清晰度评价函数进行了研究, 并在此基础上, 提出了一种新的计算简便、抗噪性好的清晰度评价函数。采用光纤几何参数测试仪获得光纤端面清晰成像面前后等间隔的 24帧光纤端面图像, 利用不同的图像清晰度评价函数对这 24帧图像进行计算, 得到相应的调焦曲线并分析其单峰性、单调性和抗噪性。结果显示, 所提的新评价函数具有更好的表现, 对自动对焦技术具有一定的参考价值。

为了提高现代化生产中的效率和满足三维扫描的需求, 设计了一种能够准确提取物件表面三维轮廓信息的扫描系统。系统采用结构光三维成像方法, 先通过普通白光将光栅投影到被测物体表面, 利用工业相机采集变形光栅图, 再根据变形光栅图像中的灰度值变化, 用傅里叶变换轮廓法解调出三维坐标信息。实验结果表明, 使用傅里叶变换轮廓法重构可获得效果理想的三维点云, 其为三维轮廓扫描提供了实验方法, 同时也为提高点云精度提供参考。

在对微纳材料光学特性表征中, 需要获得分辨率更高的波长和强度的荧光图像。普通的显微镜无法满足测试的要求, 因此将普通的成像显微镜、光谱仪以及纳米移动台组成激光扫描显微镜成像系统, 并利用 LabVIEW开发了一套完整的集二维扫描采集与信号图像处理一体的系统上位机软件。扫描采集过程使用了低通滤波等数字信号处理方法消除光谱仪信号噪声的影响。利用本系统测量硒化镉纳米带、单层二硫化钼得到了荧光强度图像以及荧光峰值波长图像, 能分辨出最小波长为 0.03 nm的荧光。将采集长度与实际长度进行比较并分析荧光强度差异, 取得了较好的效果。

为了满足在极低和较高光功率范围内对光信号的探测, 提出了基于硅光电倍增管(SiPM)的弱光检测系统, 该系统包含自动调节偏压电路、电流. 电压转换电路、小信号放大电路和滤波电路。测量不同偏压下 SiPM的输出与入射光信号之间的关系, 实验结果显示, 偏压对 SiPM的输出有很大影响, 不同偏压下, SiPM的探测能力和探测范围都不相同。此外, 该系统对 25 pW到 1.75 μW的光信号都有响应, 能在极低和较高光功率范围内对光信号进行连续探测。

眼轴长度与屈光不正、白内障等常见眼科疾病有密切关系, 精确测量眼轴长度对眼科疾病的预防及治疗具有重要的意义。为实现眼轴长度安全有效的光学测量, 入射光强度不能超过安全限度, 同时人眼眼底反射出来的光只有入射光的 10.3～10.4。为此基于光学方法的眼轴长度测量的弱光探测, 设计了一种基于外差干涉测量的眼轴长度测量系统。测量系统硬件部分采用 PIN光电二极管将弱光信号转化成易于处理的弱电信号, 同时设计一个低噪声、高性能的弱信号处理电路, 并选用 Max 10系列的 10M25SAE作为主控芯片处理信号; 软件部分采用 VHDL语言进行编程。实验结果表明, 该测量系统可以对眼轴长度实现有效且稳定的测量。

针对马铃薯晚疫病, 提出了将病害叶片和健康叶片联合测试并提取有效特征波长的检测方法。对健康和病害叶片的光谱图像进行主成分分析, 并从主成分图像的权重系数曲线中提取出 6个健康叶片特征波长和病害叶片特征波长。基于健康叶片与病害叶片的 6个特征波长做第二次主成分分析, 将特征波长优化至 712.19 nm、749.70 nm和 841.47 nm, 再基于这 3个特征波长做主成分分析, 选用主成分中对比度最明显的图像来识别病害区域。研究表明, 采用健康叶片与病害叶片联合使用并结合二次主成分分析可实现马铃薯叶片病害的设别, 且识别率可达 100%。

为了加强对动态光源的控制, 利用 LabVIEW的比例. 积分. 微分(PID)控制方法, 研制了动态光源的位置及照度控制系统。该系统通过控制电机改变光源的位置, 采用 LabVIEW的 PID控制及参数自整定模块对输出电流进行控制, 以改变动态光源的照度。研究表明, 该系统可有效控制动态光源的位置及照度, 在用于检测摄像机动态范围时, 能有效提高检测效率及检测精度。

激光干涉仪在引力波发现中起着关键作用, 标准量子极限是干涉仪灵敏度进一步提高的主要障碍, 压缩态光场注入是超越标准量子极限的重要手段。分析了压缩态光场的主要特点, 讨论了压缩态光场的产生机制, 介绍了压缩态光场技术在超越标准量子极限中的应用。